第三章第三章 立体化学立体化学exit第一节立体化学的任务，立体异构体的分类和定义第二节旋光性和分子结构的对称性因素第三节手性分子的分类及情况分析第四节消旋、拆分和不对称合成本章提纲立体异构体的定义：分子中的原子或原子团互相连接的次序相同，但在空间的排列方向不同而引起的异构体任务：研究分子的立体形象及与立体形象相联系的特殊物理性质和化学性质的科学立体异构体构型异构体构象异构体几何异构体旋光异构体第一节立体化学的任务立体异构体的分类和定义分类第二节旋光性和分子结构的对称性因素不能与其镜象叠合的分子为手性分子；手性分子有旋光性一手性分子二判别手性分子的依据有更迭对称轴无手性旋转+反射更迭对称轴(Sn)（或旋转反射轴）有对称中心无手性倒反对称中心(i)（或反演中心）不能作为区别手性的依据旋转对称轴(Cn）有对称面无手性反映（射）对称面（）判别手性的依据对称操作对称元素S1=S2=i第三节手性分子的分类及情况分析一含手性碳原子的手性分子二不含手性碳原子的手性分子一含手性碳原子的手性分子1.含一个手性碳原子的化合物2.含两个或多个不对称碳原子的化合物3.含两个或多个相同（相象）手性碳原子的化合物4.含手性碳原子的单环化合物（1）手性碳原子（2）对映体（3）外消旋体（4）Fischer投影式（5）相对构型和绝对构型（6）旋光度的表示（偏振光）（7）分子的潜非对称性1.含一个手性碳原子的化合物具有镜像与实物关系的一对旋光异构体。
2）对映体(S)-(+)-乳酸(R)-(-)-乳酸()-乳酸mp53oCmp53oCmp18oCD=+3.82D=-3.82D=0pKa=3.79(25oC)pKa=3.83(25oC)pKa=3.86(25oC)151515外消旋乳酸（1）手性碳原子（已讲）特点*1结构：镜影与实物关系*2内能：内能相同3物理性质和化学性质在非手性环境中相同，在手性环境中有区别4旋光能力相同，旋光方向相反外消旋体与纯对映体的物理性质不同，旋光必然为零i）外消旋混合物（ii）外消旋化合物（iii）固体溶液（3）外消旋体一对对映体等量混合，得到外消旋体立体结构锲形式投影式Fischer投影式（4）Fischer投影式注意事项：*1.不能在纸面上旋转90o*2.不能离开纸面翻转180o*3.基团两两交换次数不能为奇数次，但可以是偶数次D-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛D-(-)-乳酸（5）相对构型和绝对构型绝对构型能真实代表某一光活性化合物的构型（R、S）与假定的D、L甘油醛相关联而确定的构型相对构型HO（6）旋光的表示*1平面偏振光普通光通过尼可尔棱镜后产生只能在一个平面振动的光这种只能在一个平面振动的光为平面偏振光。
2旋光物质能使平面偏振光旋转一定角度的物质称为旋光性物质3旋光度()影响旋光度的因素1. (a)被测物质;(b)溶液的浓度;(c)盛液管长度;2. (d)测定温度;(e)所用光的波长在旋光仪中被测出的使偏振光旋转的角度称为旋光度4比旋光度25D=+90.01Na:=5869AHg:=5461A(C1.15,C2H5OH)tD盛液管为1分米长，被测物浓度为1g/ml时的旋光度oo t100M=t分子量*5分子比旋光度比旋光度分子量/100旋光仪中测不出旋光度的化合物不一定是一个没有旋光性的化合物，也可能是一种等量的右旋体和左旋体的混合物7）潜非对称性和潜不对称碳原子如果一个对称分子经一个基团被取代后失去了其对称性，而变成了一个非对称分子，那么原来的对称分子称为“潜非对称分子”，或称为“原手性分子”而分子所具有的这种性质称为“潜非对称性”或“原手性”，而发生变化的碳原子称为“潜不对称碳原子”或“原手性碳原子”被OH取代orS-(+)-乳酸R-(-)-乳酸潜不对称碳原子（原手性碳原子）潜非对称分子（原手性分子）2.含两个或多个不对称碳原子的手性分子（1）旋光异构体的数目（2）非对映体（3）赤式和苏式（4）差向异构体2nn个C*16D+D-D+D-D+D-D+D-D+D-D+D-D+D-D+D-四个C*8C+C-C+C-C+C-C+C-三个C*4B+B-B+B-两个C*2A-A+一个C*(1)旋光异构体的数目不呈镜影关系的旋光异构体为非对映体。
非对映体具有不同的旋光能力，不同的物理性质和不同的化学性质含两个不对称碳的分子，若在Fischer投影式中，两个H在同一侧，称为赤式，在不同侧，称为苏式3）赤式和苏式（2）非对映体(i)(ii)(iii)(iv)(2R,3R)-(-)-赤藓糖 (2S,3S)-(+)-赤藓糖 (2S,3R)-(+)-苏阿糖 (2R,3S)-(-)-苏阿糖HOCH2-CH(OH)-CH(OH)-CHO(i)(ii)对映体，(iii)(iv)对映体i)(iii),(i)(v),(ii)(iii),(ii)(v)为非对映体4）差向异构体两个含多个不对称碳原子的异构体，如果，只有一个不对称碳原子的构型不同，则这两个旋光异构体称为差向异构体如果构型不同的不对称碳原子在链端，称为端基差向异构体其它情况，分别根据C原子的位置编号称为Cn差向异构体)阿拉伯糖()耒苏糖()木糖()核糖(i)和(iii),(ii)和(iv)是C2差向异构体i)和(iiv),(ii)和(viii)是C3差向异构体i)和(vi),(ii)和(v)是C4差向异构体3.含两个或多个相同（相象）手性碳原子的化合物（1）假不对称碳原子（2）内消旋体一个碳原子（A）若和两个相同取代的不对称碳原子相连而且当这两个取代基构型相同时。
该碳原子为对称碳原子，而若这两个取代基构型不同时，则该碳原子为不对称碳原子，则（A）为假不对称碳原子假不对称碳原子的构型用小r, 小s表示在判别构型时，R S，顺反1)假不对称碳原子对称碳原子不对称碳原子(2R,4R)-2,3,4-三羟基戊二酸(2S,4S)-2,3,4-三羟基戊二酸(2R,3s,4S)-2,3,4-三羟基戊二酸(2R,3r,4S)-2,3,4-三羟基戊二酸三羟基戊二酸(2) 内消旋体分子内含有平面对称性因素的没有旋光性的立体异构体称为内消旋体meso)(I)(I)(2)(3)(+)-酒石酸(-)-酒石酸(R)(R)(R)(R)(S)(S)(S)(S)mpD(水)溶解度(g/100ml)pKa1pKa(+)-酒石酸170oc+12.01392.984.23(-)-酒石酸170oc-12.01392.984.23()-酒石酸(dl)206oc020.62.964.24meso-酒石酸140oc01253.114.80酒石酸的情况分析化合物的旋光性与熔点、沸点一样，是许多分子所组成的集体性质只要分子中任何一种构象有对称面或对称中心，其他有手性的构象都会成对地出现内消旋酒石酸的对称性分析旋转180oC3右旋60oC2左旋60o交叉式(I)有对称中心交叉式(II)交叉式(III)交叉式(II)与(III)是一对对映体，其内能相等，在构象平衡中所占的百分含量相等研究表明：一个含有n个不对称碳原子的直链化合物，如果它有可能出现内消旋型的旋光异构体，那么它的旋光异构体的数目将少于2n个。
如果n为偶数，将可能存在2n-1个旋光异构体和个内消旋型的异构体如果n为奇数，则可以存在总共个2n-1立体异构体，其中个为内消旋型异构体22有内旋体时旋光异构体的计算4.含手性碳原子的单环化合物判别单环化合物旋光性的方法实验证明：单环化合物有否旋光性可以通过其平面式的对称性来判别，凡是有对称中心和对称平面的单环化合物无旋光性，反之则有旋光性无旋光（对称面）有旋光无旋光（对称中心）有旋光无旋光(对称面)无旋光（对称面）无旋光（对称面）有旋光无旋光（对称面）有旋光取代环己烷旋光性的情况分析例一：顺-1,2-二甲基环己烷旋转120o(1)(2)(1)的构象转换体(1)和(2)既是构象转换体，又是对映体能量相等，所以构象分布为(1):(2)=1:1结论：用平面式分析，化合物是内消旋体用构象式分析，化合物是外消旋体SS结论：用平面式分析，(1R,2R)-1,2-二甲基环己烷或(1S,2S)-1,2-二甲基环己烷是一种有旋光的化合物用构象式分析，(1R,2R)-1,2-二甲基环己烷或(1S,2S)-1,2-二甲基环己烷是无数种有旋光的构象式组合而成的混合物例三:（1S，2S）-1,2-二甲基环己烷例二：（1R，2R）-1,2-二甲基环己烷RR二不含手性碳原子的手性分子1.有手性中心的旋光异构体2.有手性轴的旋光异构体3.有手性面的旋光异构体1.有手性中心的旋光异构体一对对映体已拆分C6H5H3CNCH2C6H5C H2CHCH2+未拆分出光活异构体（未分电子对起不到一个键的作用。
除C外，N、S、P、As等也能作手性中心2.有手性轴的旋光异构体（1）丙二烯型的旋光异构体（2）联苯型的旋光异构体（3）把手化合物（1）丙二烯型的旋光异构体（A）两个双键相连VontHoff（荷兰）Bel（法）（1901年诺贝尔奖）实例：a=苯基，b=萘基，1935年拆分B）一个双键与一个环相连（1909年拆分）（C）螺环形D=81.4o(乙醇)25C原子与X1（或X3）的中心距离和C原子与X2（或X4）的中心距离之和超过290pm，那么在室温（25oC）以下，这个化合物就有可能拆分成旋光异构体C-H（94104）C-CH3（94150）C-COOH（94156）C-NO2（94192）C-NH2（94156）C-OH（94145）C-F（94139）C-Cl（94163)C-Br（94183）C-I（94200）（2）联苯型的旋光异构体C-NO2与C-NO2384pmC-NO2与C-CH3365pm由于位阻太大引起的旋光异构体称为位阻异构体除了考虑基团的大小，还要考虑基团的形象反应温度：118X=CH3NO2COOHOCH3消旋化t1/21.501.921.561.45179分125分91分9.4分半衰期越短，说明旋转的阻力越小。
IBrCH3ClNO2COOHNH2OCH3OHFH阻转能力下降旋光异构体在适当的条件下会发生消旋n=8，可析解，光活体稳定n=9，可析解，95.5oC时，半衰期为444分n=10，不可析解3）把手化合物n=4m=4可析解43oCn=8半衰期170分蒄（无手性）六螺并苯（有手性）3.有手性面的旋光异构体第四节消旋、拆分和不对称合成一外消旋化二差向异构化三外消旋体的拆分四不对称合成一外消旋化一个纯的光活性物质，如果体系中的一半量发生构型转化，就得外消旋体，这种由纯的光活性物质转变为外消旋体的过程称为外消旋化如果构型转化未达到半量，就叫部分外消旋化含有手性碳原子的化合物，若手性碳很容易形成正碳离子、负碳离子、自由基等中间体时，常会发生外消旋化经形成正碳离子、负碳离子、自由基等中间体发生外消旋化H+-H+-H+H+-H2O-H2OH2OH2O60-70oC4小时（+）-肾上线素（无药效）（-）-肾上线素（有药效）H+含手性碳的化合物，若手性碳上的氢在酸或碱的催化作用下，易发生烯醇化，在烯醇化的过程中常会发生外消旋化经烯醇化发生外消旋化D-(-)-乳酸L-(+)-乳酸含多个C*的化合物，使其中一个C*发生构型转化的过程称为差向异构化。
如果是端基的C*发生构型转化，则称为端基差向异构化二差向异构化D-(-)-麻黄素有生理活性，易结晶L-(+)-假麻黄素生理活性只有麻黄素的1/5碳正离子将外消旋体拆分成左旋体和右旋体，称为外消旋体的拆分三外消旋的拆分1.化学析解法形成和分离非对映体异构体的析解法(+)RCOOH+(-)-RNH2成盐分级结晶HClHCl(+)-RCOO-(-)-RNH2(-)-RCOO-(-)-RNH2(+)-RCOOH+(-)-RNH3Cl-(-)-RCOOH+(-)-RNH3Cl-+-（1）析解剂与被析解剂之间易反应合成,又易被分解2）两个非对映立体异构体在溶解度上有可观。